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透水磚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

時間：2019-11-04點擊次數(shù)：5422

1、引言

節(jié)約用水與治理污染兩大問題是關系到國計民生、可持續(xù)發(fā)展的重大問題，也是當前和今后相當長時間內(nèi)需要重點研究和解決的重大課題。陶瓷透水磚作為兼有節(jié)水和治理污染雙重功能的新型建筑裝飾材料而備受關注。

2、透水磚的分類、特性及其環(huán)保作用

目前，在市面上見到的透水磚從材質(zhì)和生產(chǎn)工藝上可分為兩大類.一類是以固體工業(yè)廢料、生活垃圾和建筑垃圾為主要原料，通過粉碎、成形、高溫煉制而成的具有透水磚的性能、符合透水磚標準的建筑裝飾材料，稱之為陶瓷透水磚;另一類是以無機非金屬材料為主要原料，利用有機或無機粘結(jié)劑通過成形、固化而制成的具有透水磚性能、符合透水磚標準的建筑裝飾材料，由于它無須燒成，所以稱其為非陶瓷透水磚。

從產(chǎn)品本身的性能和使用功能上又可將透水磚分為磚體本身透水的透水磚和磚體本身不透水或本身只能滲水或微弱透水的透水磚。本身不透水的透水磚有陶瓷的，也有非陶瓷的，其透水功能靠鋪貼或拼湊組合時磚與磚之間的接縫實現(xiàn)。單體不透水的陶瓷透水磚是將不同顏色的陶瓷磚塊(20 mmx30 mm、30mmx50 mm)按一定規(guī)格組合粘貼在一片特制的樹脂板上.像馬賽克一樣。該樹脂板下面有支撐腳，以便于從磚接縫處漏下去的水滲入地下，達到透水的目的。這種透水磚重量輕、鋪砌方便，更換也方便，圖案組合更容易實現(xiàn)，但成本較高。

陶瓷透水磚具有很多其他陶瓷磚所不具有的特性：①高透水性;②陶瓷透水磚的主要原料是工業(yè)廢料。所以其生產(chǎn)減輕了工業(yè)廢料對環(huán)境造成的污染;③ 高透水性生態(tài)陶瓷磚主要以工業(yè)固體廢物為原料，且該磚的裝飾效果特別好，所以它必然會代替其他類似的建筑材料。從而節(jié)約了其他工業(yè)原材料的使用，為節(jié)約資源作出貢獻;④由于陶瓷透水磚使用的工業(yè)廢料都經(jīng)高溫煅燒過，所以其燒制過程除燃料本身放出的氣體外，很少產(chǎn)生有害氣體，減輕了廢氣對環(huán)境的污染;⑤陶瓷透水磚孑L隙率高，吸音效果好，有防止噪音污染的功能。另外，其表面摩擦系數(shù)大，行人行走輕松自如，從而消除行走時的疲勞感。

3、國內(nèi)外透水磚的發(fā)展現(xiàn)狀

日本INAX陶瓷透水磚早已投放市場，有嚴格的企業(yè)標準，產(chǎn)生了良好的社會經(jīng)濟效益。廣東佛山某中日合資企業(yè)生產(chǎn)與日本INAX相同的產(chǎn)品，但產(chǎn)量不大，且?guī)缀跞糠典N到日本，在國內(nèi)的銷量有限。

1999年佛山市樂華陶瓷有限公司(中外合資)發(fā)明了一種透水磚制造方法并申請了專利。該方法包括了從骨料破碎篩分、粘結(jié)劑干燥破碎篩分、原料加水混合、壓制成形、在1150℃～1250℃下燒成等工序。其中骨料為磚粒，配比為85%～94%;粘結(jié)劑為低溫高粘性粘土(其中A1：0，及SiO：總量小于90%)，配比為6%～ 15%。采用該專利生產(chǎn)的透水磚可以以廢磚為主要原料.這樣就為有效利用了陶瓷廢品開辟了新的途徑，用這種透水磚鋪貼的地面，可迅速排除路面積水，改善環(huán)境。2001年該公司又發(fā)明了一種側(cè)、底面透水磚的制造方法。其特點是采用兩種不同的原料進行二次布料，上層原料為噴霧加工的陶瓷粉料+石料+化工原料;下層原料為陶瓷產(chǎn)品粗粒料+粘結(jié)劑+助熔劑+水。用這種方法制造的透水磚不僅透水性能良好，而且耐磨性很高?？裳娱L其作為地面磚的使用壽命。2001年佛山一家陶瓷企業(yè)也開發(fā)了一種適用于需要迅速排除雨水的廣場、道路等公共場所排水系統(tǒng)的鋪面陶瓷透水磚。其配方為(wt%)：廢墻地磚粒70—90、長石粉8— 20、纖維素1～5、木屑1～5，經(jīng)粉碎、過篩、混合，加入適量水攪拌均勻，然后制坯、干燥，在燒成溫度為1100℃～1300℃的條件下燃燒100 min～140 min，降溫出料成陶瓷透水磚。

近年來，陜西、河南、山東、河北等地相繼出現(xiàn)了一些生產(chǎn)陶瓷透水磚的企業(yè)，但生產(chǎn)規(guī)模均較小，多數(shù)沒有連續(xù)生產(chǎn)。從目前的技術(shù)水平來看，國內(nèi)生產(chǎn)的陶瓷透水磚性能均優(yōu)于INAX公司的產(chǎn)品，但市面上INAX公司產(chǎn) 品的性能指標遠遠優(yōu)于其標準上的指標，比較突出的是抗折、抗壓強度都較大，而透水系數(shù)則比較小。

我國煙臺等地都有全自動化生產(chǎn)非陶瓷透水磚的進口生產(chǎn)線，但現(xiàn)在還沒有透水磚的國家標準。目前，行業(yè)標準已由成陽陶瓷研究設計院和西安墻體材料研究設計院聯(lián)合起草并通過了審議。

4、各種陶瓷透水磚的制備方法

由于透水磚品種較多，故透水磚的制備方法和生產(chǎn)工藝也很多，下面介紹幾種有代表性的制備方法。

4.1 利用陶瓷廢料研制透水磚

利用陶瓷廢料、廢玻璃和粘土作為主要原料研制環(huán)保型陶瓷透水磚，一方面可以使目前日益增加的工業(yè)廢渣得以利用，減輕環(huán)境負荷：另一方面還具有對環(huán)境的美化裝飾效果，能使雨水或城市用水迅速滲透于地下，從而起到調(diào)節(jié)城市氣候、減少城市水資源流失的作用。

4.1.1原料

廢玻璃是用回收的玻璃瓶，粉碎成粒度1mm以下：陶瓷廢料可以用紅色廢陶和白色陶瓷兩種，將陶瓷廢料敲碎后，過20目標準篩;采用加工好的粘土，過120目篩，以滑石作為添加劑。基礎試驗使用廢玻璃、陶瓷廢料和粘土3種原料，用三角配料法調(diào)試16種配方(如圖1所示)。在效果相對較好的配方上再做添加劑實驗。

4.1.2試樣的制備

按照配方進行配料。用壓力機壓制配好的物料，制備試樣。壓機的壓力為10.2 MPa，制備好的試樣尺寸為120 mmx80 mmX 10 mm。將制備好的試樣放入干燥箱中，在120℃下干燥2h，然后放人高溫箱式電阻爐中燒成。燒成溫度依次為1000℃、1050℃和 1100℃.電爐的升溫速度控制在80℃/h，并在燒成溫度下保溫1h，隨爐冷卻后取出。

4.2 黃金尾礦透水磚

以黃金尾礦為主要原料，以煤矸石作成孔劑，制備多孔透水磚。

4.2.1原料

以黃金尾礦為主要原料，加入適量的一定粒度的煤矸石既可以起到成孔劑的作用，改善磚體的滲透性能，又能改善原料的工藝性能;所用膨潤土的主要礦物為蒙脫石、埃洛石、石英等，蒙脫石的含量在78%左右.膨潤土的陽離子交換容量為69.7 mmol/g;加入適量的粘土可以提高原料的可塑性和坯體的強度;適量的有機高分子聚合物，如羧甲基纖維素納、聚丙烯酰胺等，都可以提高原料的可塑性和坯體的強度。

4.2.2 實驗方法

實驗工藝流程：原料+配料+添加劑一攪拌斗混料一成形一干燥_÷燒成一制品。壓制成形的透水磚原料的配比為黃金尾礦80%一90%，煤矸石2%～12%，膨潤土5%～10%，高分子聚合物0%～0.2%。制備工藝的要點：將原料按配方稱量后加適量水攪拌均勻，混料20 h左右，在制樣機上以不同壓力壓制成形。坯體干燥24h左右，分別在不同溫度下保溫一定時間燒制，然后自然冷卻。

4.3 粉煤灰透水磚

隨著我國火力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，粉煤灰的排放量急劇增加，造成了嚴重的環(huán)境污染，粉煤灰的綜合利用已成為社會關注的重大問題。

4.3.1原料

這種方法的主要原料粉煤灰取自某火力發(fā)電廠。同時，為提高成形時的生坯強度及燒結(jié)制品的強度，可采用粘土作粘結(jié)劑、破碎的廢地磚為骨料。粉煤灰為細干灰，可直接用于實驗。粘土、廢地磚烘干后用顎式破碎機破碎和圓盤磨磨細后過篩(粘土過200目篩，廢地磚用分樣篩分級)。

4.3.2粉煤灰透水磚的制備

按照粉煤灰40%～50%、粘土25%～35%、廢地磚 20%～30%的配比，先將粉煤灰與粘土混合均勻，然后加入配制好的廢地磚，噴水拌和，使粉料比較均勻地包覆在廢地磚表面，加水量控制在14%左右。將配制好的坯料分別加入100 mm×100 mm×40 mm(抗壓試件)、+75 mm×40 mm(透水系數(shù)試件)的模具中，在一定壓力下壓制成形。制好的坯體置于恒溫干燥箱中，于 105℃一110℃下干燥9h。干坯經(jīng)設定的溫度制度燒成，自然冷卻即獲得粉煤灰透水磚。

5、影響透水磚性能的因素

高透水性環(huán)保陶瓷磚的原料顆粒大小、配方、成形壓力和燒成制度等對透水磚的力學性能、氣孔率、平均孔徑和透水系數(shù)等都有顯著影響，為了獲得性能更好的透水磚，應該在各個工藝條件的共同作用下合理安排工藝參數(shù)。

透水磚的配方設計要滿足廢物利用率高、能耗低、對環(huán)境污染小、生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品保水性的要求，以及保證透水性好、防滑、耐磨、抗壓、抗折強度能滿足道路磚標準等。

5.1 原料

高透水性環(huán)保陶瓷磚具有良好的透水性及較高的強度，可滿足不同路面鋪設的使用要求?？紤]到要充分利用工業(yè)廢渣，解決工業(yè)固體廢棄物的堆放問題，因此必須選擇合適的原料。實驗應主要以工業(yè)廢渣為原料，即自燃過的工業(yè)垃圾，如煤矸石、廢瓷磚、石英、長石、高嶺土和粘土等。

5.2 骨料

透水磚的骨料是主要原料，所以骨料對產(chǎn)品的成形性能、燒成性能及理化性能影響都很大。為了能生產(chǎn)出最佳性能的透水磚產(chǎn)品，應該選擇不同的骨料進行對比試驗。一般單一料包括：天然石塊狀的粉碎顆粒、熟焦寶石、熟矸等;合成料包括：廢磚瓦、廢陶瓷等;工業(yè)廢渣包括：自燃過的煤矸石、黃金尾礦等。

5.3 粘接劑

加入粘結(jié)劑主要是為了滿足產(chǎn)品的成形性能要求，其次是為了滿足產(chǎn)品燒成過程中和燒成后的強度、結(jié)構(gòu)的要求。但加入量過多，會對氣孑L的形成、廢物利用率及成本產(chǎn)生負面影響，所以尋找合適的加入量，是研制最佳性能透水磚的重要任務之一。

5.4 助溶劑的選擇

助熔劑是一些低溫生活垃圾，其作用主要有兩點：一是助熔作用，降低燒成溫度：二是提前熔化，使粘結(jié)劑在燒成分解時產(chǎn)生對骨料的粘結(jié)作用，減弱因粘結(jié) 劑分解后失去粘結(jié)力時產(chǎn)生的骨料松散和產(chǎn)品變形，同時也可以增強產(chǎn)品燒成后的強度。

6、陶瓷透水磚存在的問題

陶瓷透水磚在我國的工業(yè)化生產(chǎn)僅有幾年的時問，其特性、生產(chǎn)和使用等方面有許多地方不同于普通陶瓷磚，主要存在以下幾方面的問題：

①價格問題。陶瓷透水磚由于厚度大(一般大于50 mm)，要經(jīng)過高溫燒成，所以窯爐投資和能耗均遠遠大于非陶瓷透水磚，這必然導致其售價比一般道路磚、非陶瓷透水磚高出好幾倍，從而限制了其進入經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)和一些項目投資少的地區(qū);

②鋪貼方法問題。透水磚由于其性能和功能特點，要求路基處理得特別平整，而且要用不同材料對不同層進行鋪貼處理：另外，對不同地區(qū)、不同地質(zhì)條件、不同環(huán)境又有不同的要求，這就對施工技術(shù)有嚴格的要求，因而增加了其進入市場的難度;

③認識問題。主要分兩個方面，一方面，城建部門認識不到城市硬化路面給人們的生存和生活質(zhì)量帶來的危害，不能從長遠的、可持續(xù)發(fā)展的角度看問題，所以對采用新型材料(但要花較多的錢)持不支持、不積極甚至阻止的態(tài)度;另一方面，工程技術(shù)人員，特別是搞城市規(guī)劃設計和施工的技術(shù)人員普遍認為，傳統(tǒng)的道路設計和施工中使用透水磚，會帶來技術(shù)上和工程質(zhì)量上的問題，在目前技術(shù)不成熟和人們的環(huán)境意識還不是那么強的情況下，無必要實施。

7、結(jié)論

高透水性環(huán)保陶瓷的抗折強度和抗壓強度既有滿足國家人行道路磚的標準要求，又具有其他道路磚無法比擬的高透水性能、高防滑性能及保水性能。采用高透水性環(huán)保陶瓷磚鋪貼人行道、公園、花園、居民宅院等，可起到補充地下水，調(diào)節(jié)空氣濕度、溫度，吸收城市噪音污染，方便行人特別是雨季行走等多種功能，還能改善人們的居住環(huán)境，提高生活質(zhì)量。同時環(huán)保陶瓷透水磚以固體工業(yè)廢料和生活垃圾為主要原料，減少了工業(yè)廢料和生活垃圾對環(huán)境的污染，使資源得以再利用，節(jié)約了礦產(chǎn)資源。如果工藝條件和配方調(diào)配合適，完全可以生產(chǎn)出投資少、見效快的環(huán)保型陶瓷透水磚。